Первый в мире компьютер из 2D-материала создан совершенно без кремния

12 июня, 11:25

Исследователи из Университета штата Пенсильвания в США создали первый в мире компьютер из двумерных материалов без использования кремния.

Разработчики решили заменить кремний на дисульфид молибдена для транзисторов n-типа и диселенид вольфрама для транзисторов p-типа. Эти материалы имеют большую толщину чем кремний и сохраняют свои свойства в условиях масштабирования технологии.

«Кремний в течение десятилетий способствовал выдающимся достижениям в области электроники, позволяя непрерывно уменьшать полевые транзисторы. Однако по мере уменьшения размеров кремниевых устройств их производительность начинает ухудшаться. Двумерные материалы, напротив, сохраняют свои исключительные электронные свойства при атомной толщине, что открывает перспективный путь вперед», — объясняет профессор Саптарши Дас.

Технология CMOS, по которой был создан компьютер, требует, чтобы полупроводники n и p-типа работали вместе для обеспечения более высокой производительности при низких энергозатратах. Это одна из ключевых проблем для инженеров, которые стремятся заменить кремний альтернативными материалами.

Перший у світі комп'ютер з 2D-матеріалу створений геть без кремнію — Krishnendu Mukhopadhyay/Penn State

Двумерные материалы успешно использовались в небольших схемах, однако их использование в сложных, многофункциональных компьютерах оставалось скорее мечтой. Ученые использовали метод химического осаждения из паровой фазы металлорганических соединений —процесс изготовления включал испарение ингредиентов, инициирование химической реакции и осаждение продуктов на подложку для выращивания больших листов дисульфида молибдена и диселенида вольфрама и изготовления более 1 тыс. транзисторов каждого типа. Разработчики смогли отрегулировать пороговое напряжение обоих типов транзисторов, настроив этапы изготовления и последующей обработки прибора.

«Наш 2D CMOS-компьютер работает при низком напряжении питания с минимальным энергопотреблением и может выполнять простые логические операции на частотах до 25 килогерц», — отмечает первый автор исследования, доктор Субир Гхош.

Субир Гхош подчеркнул, что этот компьютер медленнее тех, что работают на кремниевых схемах, однако он способен выполнять ключевые логические операции, используя всего один вид инструкций. По его словам, также была создана вычислительная модель, откалиброванная с использованием экспериментальных данных. Эта модель способна спрогнозировать производительность 2D CMOS компьютера и сравнить ее с современными аналогами на кремниевых схемах.

«Кремниевая технология находится в разработке уже около 80 лет, но исследования двумерных материалов начались относительно недавно, только около 2010 года. Мы ожидаем, что разработка двумерных материальных компьютеров также будет постепенным процессом, но это скачок вперед по сравнению с траекторией развития кремния», — подчеркивает Саптарши Дас.

Результаты опубликованы в журнале Nature

Источник: Interesting Engineering